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系统架构的演变

系统架构的演变

作者: 努力努力再努力_y | 来源:发表于2019-05-05 13:54 被阅读0次

    一、系统架构演变

    随着互联网的发展,网站应用的规模不断扩大。需求的激增,带来的是技术上的压力。系统架构也因此也不断的演进、升级、迭代。从单一应用,到垂直拆分,到分布式服务,到SOA,以及现在火热的微服务架构,还有在Google带领下来势汹涌的Service Mesh。我们到底是该乘坐微服务的船只驶向远方,还是偏安一隅得过且过?

    其实生活不止眼前的苟且,还有诗和远方。所以我们今天就回顾历史,看一看系统架构演变的历程;把握现在,学习现在最火的技术架构;展望未来,争取成为一名优秀的Java工程师。

    1.1 集中式架构

    当网站流量很小时,只需一个应用,将所有功能都部署在一起,以减少部署节点和成本。此时,用于简化增删改查工作量的数据访问框架(ORM)是影响项目开发的关键。
    存在的问题:


    • 代码耦合,开发维护困难
    • 无法针对不同模块进行针对性优化
    • 无法水平扩展
    • 单点容错率低,并发能力差
    1.2 垂直拆分

    当访问量逐渐增大,单一应用无法满足需求,此时为了应对更高的并发和业务需求,我们根据业务功能对系统进行拆分:


    优点:

    • 系统拆分实现了流量分担,解决了并发问题
    • 可以针对不同模块进行优化
    • 方便水平扩展,负载均衡,容错率提高

    缺点:

    • 系统间相互独立,会有很多重复开发工作,影响开发效率
    1.3 分布式服务

    当垂直应用越来越多,应用之间交互不可避免,将核心业务抽取出来,作为独立的服务,逐渐形成稳定的服务中心,使前端应用能更快速的响应多变的市场需求。此时,用于提高业务复用及整合的分布式调用是关键。


    优点:

    • 将基础服务进行了抽取,系统间相互调用,提高了代码复用和开发效率

    缺点:

    • 系统间耦合度变高,调用关系错综复杂,难以维护
    1.4 服务治理(SOA)

    当服务越来越多,容量的评估,小服务资源的浪费等问题逐渐显现,此时需增加一个调度中心基于访问压力实时管理集群容量,提高集群利用率。此时,用于提高机器利用率的资源调度和治理中心(SOA)是关键


    以前出现了什么问题?

    • 服务越来越多,需要管理每个服务的地址
    • 调用关系错综复杂,难以理清依赖关系
    • 服务过多,服务状态难以管理,无法根据服务情况动态管理

    服务治理要做什么?

    • 服务注册中心,实现服务自动注册和发现,无需人为记录服务地址
    • 服务自动订阅,服务列表自动推送,服务调用透明化,无需关心依赖关系
    • 动态监控服务状态监控报告,人为控制服务状态

    缺点:

    • 服务间会有依赖关系,一旦某个环节出错会影响较大
    • 服务关系复杂,运维、测试部署困难,不符合DevOps思想
    1.5 微服务

    前面说的SOA,英文翻译过来是面向服务。微服务,似乎也是服务,都是对系统进行拆分。因此两者非常容易混淆,但其实缺有一些差别:

    微服务的特点:

    • 单一职责:微服务中每一个服务都对应唯一的业务能力,做到单一职责
    • 微:微服务的服务拆分粒度很小,例如一个用户管理就可以作为一个服务。每个服务虽小,但“五脏俱全”。
    • 面向服务:面向服务是说每个服务都要对外暴露服务接口API。并不关心服务的技术实现,做到与平台和语言无关,也不限定用什么技术实现,只要提供Rest的接口即可。
    • 自治:自治是说服务间互相独立,互不干扰
      • 团队独立:每个服务都是一个独立的开发团队,人数不能过多。
      • 技术独立:因为是面向服务,提供Rest接口,使用什么技术没有别人干涉
      • 前后端分离:采用前后端分离开发,提供统一Rest接口,后端不用再为PC、移动段开发不同接口
      • 数据库分离:每个服务都使用自己的数据源
      • 部署独立,服务间虽然有调用,但要做到服务重启不影响其它服务。有利于持续集成和持续交付。每个服务都是独立的组件,可复用,可替换,降低耦合,易维护

    微服务结构图:


    二、远程调用方式

    2.1 认识RPC

    RPC,即 Remote Procedure Call(远程过程调用),是一个计算机通信协议。 该协议允许运行于一台计算机的程序调用另一台计算机的子程序,而程序员无需额外地为这个交互作用编程。说得通俗一点就是:A计算机提供一个服务,B计算机可以像调用本地服务那样调用A计算机的服务。

    通过上面的概念,我们可以知道,实现RPC主要是做到两点:

    • 实现远程调用其他计算机的服务
      • 要实现远程调用,肯定是通过网络传输数据。A程序提供服务,B程序通过网络将请求参数传递给A,A本地执行后得到结果,再将结果返回给B程序。这里需要关注的有两点:
        • 1)采用何种网络通讯协议?
          • 现在比较流行的RPC框架,都会采用TCP作为底层传输协议
        • 2)数据传输的格式怎样?
          • 两个程序进行通讯,必须约定好数据传输格式。就好比两个人聊天,要用同一种语言,否则无法沟通。所以,我们必须定义好请求和响应的格式。另外,数据在网路中传输需要进行序列化,所以还需要约定统一的序列化的方式。
    • 像调用本地服务一样调用远程服务
      • 如果仅仅是远程调用,还不算是RPC,因为RPC强调的是过程调用,调用的过程对用户而言是应该是透明的,用户不应该关心调用的细节,可以像调用本地服务一样调用远程服务。所以RPC一定要对调用的过程进行封装

    RPC调用流程图:


    想要了解详细的RPC实现,给大家推荐一篇文章:自己动手实现RPC

    2.2 认识Http

    Http协议:超文本传输协议,是一种应用层协议。规定了网络传输的请求格式、响应格式、资源定位和操作的方式等。但是底层采用什么网络传输协议,并没有规定,不过现在都是采用TCP协议作为底层传输协议。说到这里,大家可能觉得,Http与RPC的远程调用非常像,都是按照某种规定好的数据格式进行网络通信,有请求,有响应。没错,在这点来看,两者非常相似,但是还是有一些细微差别。

    • RPC并没有规定数据传输格式,这个格式可以任意指定,不同的RPC协议,数据格式不一定相同。
    • Http中还定义了资源定位的路径,RPC中并不需要
    • 最重要的一点:RPC需要满足像调用本地服务一样调用远程服务,也就是对调用过程在API层面进行封装。Http协议没有这样的要求,因此请求、响应等细节需要我们自己去实现。
      • 优点:RPC方式更加透明,对用户更方便。Http方式更灵活,没有规定API和语言,跨语言、跨平台
      • 缺点:RPC方式需要在API层面进行封装,限制了开发的语言环境。

    例如我们通过浏览器访问网站,就是通过Http协议。只不过浏览器把请求封装,发起请求以及接收响应,解析响应的事情都帮我们做了。如果是不通过浏览器,那么这些事情都需要自己去完成。

    2.3 如何选择

    既然两种方式都可以实现远程调用,我们该如何选择呢?

    • 速度来看,RPC要比http更快,虽然底层都是TCP,但是http协议的信息往往比较臃肿,不过可以采用gzip压缩。
    • 难度来看,RPC实现较为复杂,http相对比较简单
    • 灵活性来看,http更胜一筹,因为它不关心实现细节,跨平台、跨语言。

    因此,两者都有不同的使用场景:

    • 如果对效率要求更高,并且开发过程使用统一的技术栈,那么用RPC还是不错的。
    • 如果需要更加灵活,跨语言、跨平台,显然http更合适

    那么我们该怎么选择呢?

    微服务,更加强调的是独立、自治、灵活。而RPC方式的限制较多,因此微服务框架中,一般都会采用基于Http的Rest风格服务。

    三、Http 客户端工具

    既然微服务选择了Http,那么我们就需要考虑自己来实现对请求和响应的处理。不过开源世界已经有很多的http客户端工具,能够帮助我们做这些事情,例如:

    • HttpClient
    • OKHttp
    • URLConnection

    接下来,我们就一起了解一款比较流行的客户端工具:HttpClient

    3.1 Spring的RestTemplate

    Spring提供了一个RestTemplate模板工具类,对基于Http的客户端进行了封装,并且实现了对象与json的序列化和反序列化,非常方便。RestTemplate并没有限定Http的客户端类型,而是进行了抽象,目前常用的3种都有支持:

    • HttpClient
    • OkHttp
    • JDK原生的URLConnection(默认的)

    首先在项目中注册一个 RestTemplate 对象,可以在启动类位置注册:

    @SpringBootApplication
    public class HttpDemoApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(HttpDemoApplication.class, args);
        }
    
        @Bean
        public RestTemplate restTemplate() {
            // 默认的RestTemplate,底层是走JDK的URLConnection方式。
            return new RestTemplate();
        }
    }
    

    在测试类中直接 @Autowired 注入:

    @RunWith(SpringRunner.class)
    @SpringBootTest(classes = HttpDemoApplication.class)
    public class HttpDemoApplicationTests {
    
        @Autowired
        private RestTemplate restTemplate;
    
        @Test
        public void httpGet() {
            User user = this.restTemplate.getForObject("http://localhost/hello", User.class);
            System.out.println(user);
        }
    }
    
    • 通过RestTemplate的getForObject()方法,传递url地址及实体类的字节码,RestTemplate会自动发起请求,接收响应,并且帮我们对响应结果进行反序列化。

    学习完了Http客户端工具,接下来就可以正式学习微服务了。

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